什么是3D掃描儀？
三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。搜集到的資料常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中建立實(shí)際物體的數(shù)位模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)資訊、生物資訊、刑事鑒定、數(shù)位文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。
三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，成本與售價(jià)也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而雷射技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。
三維掃描儀的功能
三維掃描儀的用途是建立物體幾何表面的點(diǎn)云(point cloud)，這些點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀，越密集的點(diǎn)云可以建立更精確的模型(這個(gè)過程稱做三維重建)。若掃描儀能夠取得表面顏色，則可進(jìn)一步在重建的表面上貼上材質(zhì)貼圖，亦即所謂的材質(zhì)印射(texture mapping)。
3D掃描示意圖
三維掃描儀可類比為照相機(jī)，它們的視線范圍都呈現(xiàn)圓錐狀，資訊的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色資訊，而三維掃描儀測(cè)量的是距離。由于測(cè)得的結(jié)果含有深度資訊，因此常以深度影像(depth image)或距離影像(ranged image)稱之。
由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此常需要變換掃描器與物體的相對(duì)位置或?qū)⑽矬w放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(turnable table)上，經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個(gè)片面模型整合的技術(shù)稱做影像注冊(cè)(image registration)或?qū)R(alignment)，其中涉及多種三維比對(duì)(3D-matching)方法。
3D掃描儀的分類
三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種，后者又可分為主動(dòng)掃描(active)與被動(dòng)掃描(passive)，這些分類下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見光影像達(dá)成重建的方法，又稱做基于機(jī)器視覺(Vision-based)的方式，是今日機(jī)器視覺研究主流之一。
3D雷射掃描儀 可用于掃描建筑物
接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度，如座標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當(dāng)精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價(jià)值物件如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長(zhǎng)的時(shí)間，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)量，而光學(xué)技術(shù)如雷射掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬至五百萬次。
非接觸被動(dòng)式掃描：被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如雷射)，而是以測(cè)量由待測(cè)物表面反射周遭輻射線的方法，達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當(dāng)容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見光為主。但相對(duì)于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下，被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援，這類被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。非接觸被動(dòng)式掃描包括：立體視覺法(Stereoscopic)、色度成形法(Shape from Shading)、立體光學(xué)法(Photometric Stereo)和輪廓法等。
非接觸主動(dòng)式掃描：主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計(jì)算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光，其中代表技術(shù)激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由于激光會(huì)對(duì)生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與 X 射線。非接觸主動(dòng)式掃描包括：時(shí)差測(cè)距(Time-of-Flight)、三角測(cè)距(Triangulation)、手持雷射(Handhold Laser)、結(jié)構(gòu)光源(Structured Lighting)和調(diào)變光(Modulated Lighting)等等。
世界上最快的唯一的模塊化的三維大空間激光掃描儀
美國(guó)FARO公司FOCUS 3D三維激光掃描儀是用于復(fù)雜測(cè)量和建檔的高速三維掃描儀，也是世界上唯一的模塊化的三維激光掃描系統(tǒng)，還是世界上最快的三維大空間激光掃描儀，以每秒最大976,000點(diǎn)的速率可掃描最長(zhǎng)為503英尺(153米)的文檔。Focus3D采用激光技術(shù)，只需數(shù)分鐘即可產(chǎn)生復(fù)雜環(huán)境和幾何結(jié)構(gòu)的詳細(xì)三維圖像。Focus3D配有觸摸操作屏，用于控制掃描功能和參數(shù)。最終的圖像是由數(shù)百萬彩色點(diǎn)的點(diǎn)云組成，可用來對(duì)現(xiàn)有環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化再現(xiàn)。
FOCUS 3D三維激光掃描儀
Focus3D 激光掃描儀采用最高效的三維數(shù)據(jù)文檔制作方法，適合房屋建筑、開挖體積、建筑外立面和結(jié)構(gòu)變形、犯罪現(xiàn)場(chǎng)、事故細(xì)節(jié)、產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)、工廠、工藝裝置等。超小的尺寸和重量以及觸摸界面，令Focus3D使用便捷，與常規(guī)掃描器相比可節(jié)省高達(dá)50%掃描時(shí)間。
Focus3D特點(diǎn)：
Focus3D采用直觀的觸摸屏，利用觸摸界面可以控制所有的掃描儀功能，實(shí)現(xiàn)了超群的使用和控制方便性；Focus3D超輕便設(shè)計(jì)，而且工作時(shí)無需任何外部設(shè)備，尺寸僅為24x20x10cm，重量只有5kg，堪稱有史以來最小的3D掃描儀；它集成了7千萬像素全自動(dòng)無視差攝像頭，能夠?qū)崿F(xiàn)極具真實(shí)感的 3D 彩色掃描；集成的鋰離子電池可以提供長(zhǎng)達(dá) 5 小時(shí)的供電，而且可以邊工作邊充電；Focus3D所有數(shù)據(jù)都保存在一塊 SD 卡上，可以方便、安全的轉(zhuǎn)移到 PC 上。使用 SCENE WebShare功能，圖像可以在互聯(lián)網(wǎng)上共享。
Focus3D多種應(yīng)用：
由于控制簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)小巧，F(xiàn)ocus3D 非常適合用于 3D 建筑記錄、施工監(jiān)管、逆向工程、歷史遺產(chǎn)保存或犯罪現(xiàn)場(chǎng)法醫(yī)記錄，能夠理想的滿足 各種應(yīng)用的要求。
室內(nèi)環(huán)境記錄：利用 Focus3D，可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境和技術(shù)設(shè)施(如建筑施工、傳送系統(tǒng)或過程設(shè)施)快速的生成 3D 記錄。
產(chǎn)品和組件記錄：無論是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)用于檢查大型的機(jī)械組件，或用在逆向工程中——Focus3D 都可以測(cè)量各種形狀和尺寸的產(chǎn)品和組件，并生成精確的數(shù)據(jù)和三維曲面模型。
室外環(huán)境記錄：Focus3D可以很好的對(duì)建筑物、建筑場(chǎng)所、道路和景觀特點(diǎn)進(jìn)行記錄。可以將距離最遠(yuǎn) 120m的對(duì)象記錄下來。
三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)點(diǎn)(以Focus3D為例)
一、建筑和土木工程
挖掘控制：對(duì)挖掘過程進(jìn)行簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的體積和尺寸控制；變形控制：記錄變化過程，監(jiān)視對(duì)應(yīng)措施；外墻檢查：可以在最終裝配前對(duì)建筑外殼和外墻部分進(jìn)行3D尺寸檢查；結(jié)構(gòu)分析和維護(hù)：快速、經(jīng)濟(jì)有效的控制支撐結(jié)構(gòu)的規(guī)定負(fù)載承載能力以及磨損和老化；任意形狀組件檢查：精確檢查復(fù)雜組件的尺寸，例如任意形狀的構(gòu)件； 建筑環(huán)境：作為對(duì)比和擴(kuò)展基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有建筑物進(jìn)行精確的幾何記錄；施工過程監(jiān)視：無縫的捕捉和監(jiān)視施工過程，保留法律和技術(shù)記錄。
Focus3D應(yīng)用于建筑和土木工程
優(yōu)點(diǎn)：快速、簡(jiǎn)單、完整的記錄建筑物和建筑現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)前的狀況；革命性的性價(jià)比；可以利用 WebShare 功能通過互聯(lián)網(wǎng)方便的在線共享掃描數(shù)據(jù)。
二、加工工業(yè)和數(shù)字工廠
轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展：按照轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展規(guī)劃對(duì)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行精確的 3D 記錄；異地生產(chǎn)：由于能夠進(jìn)行精確的 3D CAD 數(shù)據(jù)和尺寸控制，可以實(shí)現(xiàn)異地精確裝配；資產(chǎn)管理：通過全面的 3D 數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬和培訓(xùn)，簡(jiǎn)化了設(shè)施的管理、維護(hù)、培訓(xùn)等等；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管：提高各種交易和綜合性文件和各種工作監(jiān)管的協(xié)調(diào)性。
Focus3D應(yīng)用于加工工業(yè)和數(shù)字工廠
優(yōu)點(diǎn)：用3D 方式記錄復(fù)雜的工廠和車間設(shè)施可以極大的節(jié)約時(shí)間、具有高度的靈活性；對(duì)于評(píng)估困難和評(píng)估成本高昂的廢棄地改建項(xiàng)目或者工期要求緊的情況，可以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低；可以將廢棄地改建項(xiàng)目成本降低 5-7%，將不可預(yù)見的返工成本降到低于 2%。可以將時(shí)間表縮短 10%；可以高效的監(jiān)控健康和安全性以及環(huán)境。
三、檢測(cè)和逆向工程
逆向工程：對(duì)沒有施工計(jì)劃或(和)CAD 數(shù)據(jù)可用的產(chǎn)品和組件進(jìn)行復(fù)制；內(nèi)部固定裝置和配件：對(duì)輪船、汽車、飛機(jī)的復(fù)雜內(nèi)部進(jìn)行精確的 3D CAD 文件記錄，用作改造規(guī)劃的基礎(chǔ)；制造記錄：對(duì)復(fù)雜的機(jī)器組件的制造狀態(tài)進(jìn)行完整的 3D 記錄；質(zhì)量控制：對(duì)大型、復(fù)雜的組件，如轉(zhuǎn)子葉片、渦輪機(jī)、輪船葉輪等等，進(jìn)行精確的 3D 記錄和尺寸檢查。
Focus3D應(yīng)用于檢測(cè)和逆向工程
優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)有效、快速、準(zhǔn)確的對(duì)已有大型產(chǎn)品的幾何形狀進(jìn)行 3D 捕捉；對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)過程控制功能使它可以對(duì)部件實(shí)現(xiàn)全面的 3D 檢查和監(jiān)控；由于可以進(jìn)行早期的全面檢查，因此可以減少報(bào)廢和返工的發(fā)生 3D 質(zhì)量控制。
四、歷史遺產(chǎn)
無論是要進(jìn)行保存、科學(xué)分析、加固被保護(hù)建筑、還是要對(duì)不能讓人參觀歷史遺址進(jìn)行虛擬呈現(xiàn)，本產(chǎn)品都是理想的選擇。FARO Focus3D 使您可以完整、詳細(xì)的記錄歷史遺跡和發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)。由于集成了彩色攝像頭，可以瞬時(shí)創(chuàng)建真實(shí)的 3D 圖像。
Focus3D應(yīng)用于歷史遺產(chǎn)
優(yōu)點(diǎn)：真實(shí)、完整、精確的復(fù)制對(duì)象的 3D 副本；可以輕松的復(fù)制 3D 記錄；可以方便的將采集到的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換成正射影像或 CAD 文件。
五、取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
輕便的 Focus3D 還可以非常理想的對(duì)犯罪和事故現(xiàn)場(chǎng)或者保險(xiǎn)損壞進(jìn)行快速完整的 3D 記錄。可以把犯罪或事故之后的各種相關(guān)細(xì)節(jié)都詳細(xì)的記錄下來。相應(yīng)的，為了給事故制定合適的安全理念，激光掃描儀可以提供相關(guān)的 3D 數(shù)據(jù)信息。
Focus3D應(yīng)用于取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
優(yōu)點(diǎn)：永久、詳細(xì)的對(duì)犯罪和事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行記錄歸檔；可以方便的對(duì)犯罪和事故進(jìn)行 3D 模擬；通過真實(shí)的可視化呈現(xiàn)，幫助開發(fā)應(yīng)急方案和安全措施。
什么是3D掃描儀？
三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。搜集到的資料常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中建立實(shí)際物體的數(shù)位模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)資訊、生物資訊、刑事鑒定、數(shù)位文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。
三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，成本與售價(jià)也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而雷射技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。
三維掃描儀的功能
三維掃描儀的用途是建立物體幾何表面的點(diǎn)云(point cloud)，這些點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀，越密集的點(diǎn)云可以建立更精確的模型(這個(gè)過程稱做三維重建)。若掃描儀能夠取得表面顏色，則可進(jìn)一步在重建的表面上貼上材質(zhì)貼圖，亦即所謂的材質(zhì)印射(texture mapping)。
3D掃描示意圖
三維掃描儀可類比為照相機(jī)，它們的視線范圍都呈現(xiàn)圓錐狀，資訊的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色資訊，而三維掃描儀測(cè)量的是距離。由于測(cè)得的結(jié)果含有深度資訊，因此常以深度影像(depth image)或距離影像(ranged image)稱之。
由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此常需要變換掃描器與物體的相對(duì)位置或?qū)⑽矬w放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(turnable table)上，經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個(gè)片面模型整合的技術(shù)稱做影像注冊(cè)(image registration)或?qū)R(alignment)，其中涉及多種三維比對(duì)(3D-matching)方法。
3D掃描儀的分類
三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種，后者又可分為主動(dòng)掃描(active)與被動(dòng)掃描(passive)，這些分類下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見光影像達(dá)成重建的方法，又稱做基于機(jī)器視覺(Vision-based)的方式，是今日機(jī)器視覺研究主流之一。
3D雷射掃描儀 可用于掃描建筑物
接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度，如座標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當(dāng)精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價(jià)值物件如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長(zhǎng)的時(shí)間，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)量，而光學(xué)技術(shù)如雷射掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬至五百萬次。
非接觸被動(dòng)式掃描：被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如雷射)，而是以測(cè)量由待測(cè)物表面反射周遭輻射線的方法，達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當(dāng)容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見光為主。但相對(duì)于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下，被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援，這類被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。非接觸被動(dòng)式掃描包括：立體視覺法(Stereoscopic)、色度成形法(Shape from Shading)、立體光學(xué)法(Photometric Stereo)和輪廓法等。
非接觸主動(dòng)式掃描：主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計(jì)算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光，其中代表技術(shù)激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由于激光會(huì)對(duì)生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與 X 射線。非接觸主動(dòng)式掃描包括：時(shí)差測(cè)距(Time-of-Flight)、三角測(cè)距(Triangulation)、手持雷射(Handhold Laser)、結(jié)構(gòu)光源(Structured Lighting)和調(diào)變光(Modulated Lighting)等等。
世界上最快的唯一的模塊化的三維大空間激光掃描儀
美國(guó)FARO公司FOCUS 3D三維激光掃描儀是用于復(fù)雜測(cè)量和建檔的高速三維掃描儀，也是世界上唯一的模塊化的三維激光掃描系統(tǒng)，還是世界上最快的三維大空間激光掃描儀，以每秒最大976,000點(diǎn)的速率可掃描最長(zhǎng)為503英尺(153米)的文檔。Focus3D采用激光技術(shù)，只需數(shù)分鐘即可產(chǎn)生復(fù)雜環(huán)境和幾何結(jié)構(gòu)的詳細(xì)三維圖像。Focus3D配有觸摸操作屏，用于控制掃描功能和參數(shù)。最終的圖像是由數(shù)百萬彩色點(diǎn)的點(diǎn)云組成，可用來對(duì)現(xiàn)有環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化再現(xiàn)。
FOCUS 3D三維激光掃描儀
Focus3D 激光掃描儀采用最高效的三維數(shù)據(jù)文檔制作方法，適合房屋建筑、開挖體積、建筑外立面和結(jié)構(gòu)變形、犯罪現(xiàn)場(chǎng)、事故細(xì)節(jié)、產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)、工廠、工藝裝置等。超小的尺寸和重量以及觸摸界面，令Focus3D使用便捷，與常規(guī)掃描器相比可節(jié)省高達(dá)50%掃描時(shí)間。
Focus3D特點(diǎn)：
Focus3D采用直觀的觸摸屏，利用觸摸界面可以控制所有的掃描儀功能，實(shí)現(xiàn)了超群的使用和控制方便性；Focus3D超輕便設(shè)計(jì)，而且工作時(shí)無需任何外部設(shè)備，尺寸僅為24x20x10cm，重量只有5kg，堪稱有史以來最小的3D掃描儀；它集成了7千萬像素全自動(dòng)無視差攝像頭，能夠?qū)崿F(xiàn)極具真實(shí)感的 3D 彩色掃描；集成的鋰離子電池可以提供長(zhǎng)達(dá) 5 小時(shí)的供電，而且可以邊工作邊充電；Focus3D所有數(shù)據(jù)都保存在一塊 SD 卡上，可以方便、安全的轉(zhuǎn)移到 PC 上。使用 SCENE WebShare功能，圖像可以在互聯(lián)網(wǎng)上共享。
Focus3D多種應(yīng)用：
由于控制簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)小巧，F(xiàn)ocus3D 非常適合用于 3D 建筑記錄、施工監(jiān)管、逆向工程、歷史遺產(chǎn)保存或犯罪現(xiàn)場(chǎng)法醫(yī)記錄，能夠理想的滿足 各種應(yīng)用的要求。
室內(nèi)環(huán)境記錄：利用 Focus3D，可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境和技術(shù)設(shè)施(如建筑施工、傳送系統(tǒng)或過程設(shè)施)快速的生成 3D 記錄。
產(chǎn)品和組件記錄：無論是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)用于檢查大型的機(jī)械組件，或用在逆向工程中——Focus3D 都可以測(cè)量各種形狀和尺寸的產(chǎn)品和組件，并生成精確的數(shù)據(jù)和三維曲面模型。
室外環(huán)境記錄：Focus3D可以很好的對(duì)建筑物、建筑場(chǎng)所、道路和景觀特點(diǎn)進(jìn)行記錄。可以將距離最遠(yuǎn) 120m的對(duì)象記錄下來。
三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)點(diǎn)(以Focus3D為例)
一、建筑和土木工程
挖掘控制：對(duì)挖掘過程進(jìn)行簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的體積和尺寸控制；變形控制：記錄變化過程，監(jiān)視對(duì)應(yīng)措施；外墻檢查：可以在最終裝配前對(duì)建筑外殼和外墻部分進(jìn)行3D尺寸檢查；結(jié)構(gòu)分析和維護(hù)：快速、經(jīng)濟(jì)有效的控制支撐結(jié)構(gòu)的規(guī)定負(fù)載承載能力以及磨損和老化；任意形狀組件檢查：精確檢查復(fù)雜組件的尺寸，例如任意形狀的構(gòu)件； 建筑環(huán)境：作為對(duì)比和擴(kuò)展基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有建筑物進(jìn)行精確的幾何記錄；施工過程監(jiān)視：無縫的捕捉和監(jiān)視施工過程，保留法律和技術(shù)記錄。
Focus3D應(yīng)用于建筑和土木工程
優(yōu)點(diǎn)：快速、簡(jiǎn)單、完整的記錄建筑物和建筑現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)前的狀況；革命性的性價(jià)比；可以利用 WebShare 功能通過互聯(lián)網(wǎng)方便的在線共享掃描數(shù)據(jù)。
二、加工工業(yè)和數(shù)字工廠
轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展：按照轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展規(guī)劃對(duì)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行精確的 3D 記錄；異地生產(chǎn)：由于能夠進(jìn)行精確的 3D CAD 數(shù)據(jù)和尺寸控制，可以實(shí)現(xiàn)異地精確裝配；資產(chǎn)管理：通過全面的 3D 數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬和培訓(xùn)，簡(jiǎn)化了設(shè)施的管理、維護(hù)、培訓(xùn)等等；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管：提高各種交易和綜合性文件和各種工作監(jiān)管的協(xié)調(diào)性。
Focus3D應(yīng)用于加工工業(yè)和數(shù)字工廠
優(yōu)點(diǎn)：用3D 方式記錄復(fù)雜的工廠和車間設(shè)施可以極大的節(jié)約時(shí)間、具有高度的靈活性；對(duì)于評(píng)估困難和評(píng)估成本高昂的廢棄地改建項(xiàng)目或者工期要求緊的情況，可以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低；可以將廢棄地改建項(xiàng)目成本降低 5-7%，將不可預(yù)見的返工成本降到低于 2%。可以將時(shí)間表縮短 10%；可以高效的監(jiān)控健康和安全性以及環(huán)境。
三、檢測(cè)和逆向工程
逆向工程：對(duì)沒有施工計(jì)劃或(和)CAD 數(shù)據(jù)可用的產(chǎn)品和組件進(jìn)行復(fù)制；內(nèi)部固定裝置和配件：對(duì)輪船、汽車、飛機(jī)的復(fù)雜內(nèi)部進(jìn)行精確的 3D CAD 文件記錄，用作改造規(guī)劃的基礎(chǔ)；制造記錄：對(duì)復(fù)雜的機(jī)器組件的制造狀態(tài)進(jìn)行完整的 3D 記錄；質(zhì)量控制：對(duì)大型、復(fù)雜的組件，如轉(zhuǎn)子葉片、渦輪機(jī)、輪船葉輪等等，進(jìn)行精確的 3D 記錄和尺寸檢查。
Focus3D應(yīng)用于檢測(cè)和逆向工程
優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)有效、快速、準(zhǔn)確的對(duì)已有大型產(chǎn)品的幾何形狀進(jìn)行 3D 捕捉；對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)過程控制功能使它可以對(duì)部件實(shí)現(xiàn)全面的 3D 檢查和監(jiān)控；由于可以進(jìn)行早期的全面檢查，因此可以減少報(bào)廢和返工的發(fā)生 3D 質(zhì)量控制。
四、歷史遺產(chǎn)
無論是要進(jìn)行保存、科學(xué)分析、加固被保護(hù)建筑、還是要對(duì)不能讓人參觀歷史遺址進(jìn)行虛擬呈現(xiàn)，本產(chǎn)品都是理想的選擇。FARO Focus3D 使您可以完整、詳細(xì)的記錄歷史遺跡和發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)。由于集成了彩色攝像頭，可以瞬時(shí)創(chuàng)建真實(shí)的 3D 圖像。
Focus3D應(yīng)用于歷史遺產(chǎn)
優(yōu)點(diǎn)：真實(shí)、完整、精確的復(fù)制對(duì)象的 3D 副本；可以輕松的復(fù)制 3D 記錄；可以方便的將采集到的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換成正射影像或 CAD 文件。
五、取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
輕便的 Focus3D 還可以非常理想的對(duì)犯罪和事故現(xiàn)場(chǎng)或者保險(xiǎn)損壞進(jìn)行快速完整的 3D 記錄。可以把犯罪或事故之后的各種相關(guān)細(xì)節(jié)都詳細(xì)的記錄下來。相應(yīng)的，為了給事故制定合適的安全理念，激光掃描儀可以提供相關(guān)的 3D 數(shù)據(jù)信息。
Focus3D應(yīng)用于取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
優(yōu)點(diǎn)：永久、詳細(xì)的對(duì)犯罪和事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行記錄歸檔；可以方便的對(duì)犯罪和事故進(jìn)行 3D 模擬；通過真實(shí)的可視化呈現(xiàn)，幫助開發(fā)應(yīng)急方案和安全措施。
什么是3D掃描儀？
三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色、表面反照率等性質(zhì))。搜集到的資料常被用來進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中建立實(shí)際物體的數(shù)位模型。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè)、逆向工程、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量、醫(yī)學(xué)資訊、生物資訊、刑事鑒定、數(shù)位文物典藏、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見其應(yīng)用。
三維掃描儀的制作并非仰賴單一技術(shù)，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，成本與售價(jià)也有高低之分。目前并無一體通用之重建技術(shù)，儀器與方法往往受限于物體的表面特性。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面，而雷射技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面。
三維掃描儀的功能
三維掃描儀的用途是建立物體幾何表面的點(diǎn)云(point cloud)，這些點(diǎn)可用來插補(bǔ)成物體的表面形狀，越密集的點(diǎn)云可以建立更精確的模型(這個(gè)過程稱做三維重建)。若掃描儀能夠取得表面顏色，則可進(jìn)一步在重建的表面上貼上材質(zhì)貼圖，亦即所謂的材質(zhì)印射(texture mapping)。
3D掃描示意圖
三維掃描儀可類比為照相機(jī)，它們的視線范圍都呈現(xiàn)圓錐狀，資訊的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi)。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色資訊，而三維掃描儀測(cè)量的是距離。由于測(cè)得的結(jié)果含有深度資訊，因此常以深度影像(depth image)或距離影像(ranged image)稱之。
由于三維掃描儀的掃描范圍有限，因此常需要變換掃描器與物體的相對(duì)位置或?qū)⑽矬w放置于電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(turnable table)上，經(jīng)過多次的掃描以拼湊物體的完整模型。將多個(gè)片面模型整合的技術(shù)稱做影像注冊(cè)(image registration)或?qū)R(alignment)，其中涉及多種三維比對(duì)(3D-matching)方法。
3D掃描儀的分類
三維掃描儀分類為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種，后者又可分為主動(dòng)掃描(active)與被動(dòng)掃描(passive)，這些分類下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見光影像達(dá)成重建的方法，又稱做基于機(jī)器視覺(Vision-based)的方式，是今日機(jī)器視覺研究主流之一。
3D雷射掃描儀 可用于掃描建筑物
接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度，如座標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀。此方法相當(dāng)精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè)，然而因其在掃描過程中必須接觸物體，待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價(jià)值物件如古文物、遺跡等的重建作業(yè)。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長(zhǎng)的時(shí)間，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)量，而光學(xué)技術(shù)如雷射掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬至五百萬次。
非接觸被動(dòng)式掃描：被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如雷射)，而是以測(cè)量由待測(cè)物表面反射周遭輻射線的方法，達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見光輻射，是相當(dāng)容易取得并利用的，大部分這類型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見光為主。但相對(duì)于可見光的其他輻射線，如紅外線，也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下，被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援，這類被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。非接觸被動(dòng)式掃描包括：立體視覺法(Stereoscopic)、色度成形法(Shape from Shading)、立體光學(xué)法(Photometric Stereo)和輪廓法等。
非接觸主動(dòng)式掃描：主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體，借由能量的反射來計(jì)算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光，其中代表技術(shù)激光線式的掃描，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。另外，由于激光會(huì)對(duì)生物體以及比較珍貴的物體造成傷害，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與 X 射線。非接觸主動(dòng)式掃描包括：時(shí)差測(cè)距(Time-of-Flight)、三角測(cè)距(Triangulation)、手持雷射(Handhold Laser)、結(jié)構(gòu)光源(Structured Lighting)和調(diào)變光(Modulated Lighting)等等。
世界上最快的唯一的模塊化的三維大空間激光掃描儀
美國(guó)FARO公司FOCUS 3D三維激光掃描儀是用于復(fù)雜測(cè)量和建檔的高速三維掃描儀，也是世界上唯一的模塊化的三維激光掃描系統(tǒng)，還是世界上最快的三維大空間激光掃描儀，以每秒最大976,000點(diǎn)的速率可掃描最長(zhǎng)為503英尺(153米)的文檔。Focus3D采用激光技術(shù)，只需數(shù)分鐘即可產(chǎn)生復(fù)雜環(huán)境和幾何結(jié)構(gòu)的詳細(xì)三維圖像。Focus3D配有觸摸操作屏，用于控制掃描功能和參數(shù)。最終的圖像是由數(shù)百萬彩色點(diǎn)的點(diǎn)云組成，可用來對(duì)現(xiàn)有環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化再現(xiàn)。
FOCUS 3D三維激光掃描儀
Focus3D 激光掃描儀采用最高效的三維數(shù)據(jù)文檔制作方法，適合房屋建筑、開挖體積、建筑外立面和結(jié)構(gòu)變形、犯罪現(xiàn)場(chǎng)、事故細(xì)節(jié)、產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)、工廠、工藝裝置等。超小的尺寸和重量以及觸摸界面，令Focus3D使用便捷，與常規(guī)掃描器相比可節(jié)省高達(dá)50%掃描時(shí)間。
Focus3D特點(diǎn)：
Focus3D采用直觀的觸摸屏，利用觸摸界面可以控制所有的掃描儀功能，實(shí)現(xiàn)了超群的使用和控制方便性；Focus3D超輕便設(shè)計(jì)，而且工作時(shí)無需任何外部設(shè)備，尺寸僅為24x20x10cm，重量只有5kg，堪稱有史以來最小的3D掃描儀；它集成了7千萬像素全自動(dòng)無視差攝像頭，能夠?qū)崿F(xiàn)極具真實(shí)感的 3D 彩色掃描；集成的鋰離子電池可以提供長(zhǎng)達(dá) 5 小時(shí)的供電，而且可以邊工作邊充電；Focus3D所有數(shù)據(jù)都保存在一塊 SD 卡上，可以方便、安全的轉(zhuǎn)移到 PC 上。使用 SCENE WebShare功能，圖像可以在互聯(lián)網(wǎng)上共享。
Focus3D多種應(yīng)用：
由于控制簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)小巧，F(xiàn)ocus3D 非常適合用于 3D 建筑記錄、施工監(jiān)管、逆向工程、歷史遺產(chǎn)保存或犯罪現(xiàn)場(chǎng)法醫(yī)記錄，能夠理想的滿足 各種應(yīng)用的要求。
室內(nèi)環(huán)境記錄：利用 Focus3D，可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境和技術(shù)設(shè)施(如建筑施工、傳送系統(tǒng)或過程設(shè)施)快速的生成 3D 記錄。
產(chǎn)品和組件記錄：無論是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)用于檢查大型的機(jī)械組件，或用在逆向工程中——Focus3D 都可以測(cè)量各種形狀和尺寸的產(chǎn)品和組件，并生成精確的數(shù)據(jù)和三維曲面模型。
室外環(huán)境記錄：Focus3D可以很好的對(duì)建筑物、建筑場(chǎng)所、道路和景觀特點(diǎn)進(jìn)行記錄。可以將距離最遠(yuǎn) 120m的對(duì)象記錄下來。
三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)點(diǎn)(以Focus3D為例)
一、建筑和土木工程
挖掘控制：對(duì)挖掘過程進(jìn)行簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的體積和尺寸控制；變形控制：記錄變化過程，監(jiān)視對(duì)應(yīng)措施；外墻檢查：可以在最終裝配前對(duì)建筑外殼和外墻部分進(jìn)行3D尺寸檢查；結(jié)構(gòu)分析和維護(hù)：快速、經(jīng)濟(jì)有效的控制支撐結(jié)構(gòu)的規(guī)定負(fù)載承載能力以及磨損和老化；任意形狀組件檢查：精確檢查復(fù)雜組件的尺寸，例如任意形狀的構(gòu)件； 建筑環(huán)境：作為對(duì)比和擴(kuò)展基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有建筑物進(jìn)行精確的幾何記錄；施工過程監(jiān)視：無縫的捕捉和監(jiān)視施工過程，保留法律和技術(shù)記錄。
Focus3D應(yīng)用于建筑和土木工程
優(yōu)點(diǎn)：快速、簡(jiǎn)單、完整的記錄建筑物和建筑現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)前的狀況；革命性的性價(jià)比；可以利用 WebShare 功能通過互聯(lián)網(wǎng)方便的在線共享掃描數(shù)據(jù)。
二、加工工業(yè)和數(shù)字工廠
轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展：按照轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展規(guī)劃對(duì)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行精確的 3D 記錄；異地生產(chǎn)：由于能夠進(jìn)行精確的 3D CAD 數(shù)據(jù)和尺寸控制，可以實(shí)現(xiàn)異地精確裝配；資產(chǎn)管理：通過全面的 3D 數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬和培訓(xùn)，簡(jiǎn)化了設(shè)施的管理、維護(hù)、培訓(xùn)等等；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管：提高各種交易和綜合性文件和各種工作監(jiān)管的協(xié)調(diào)性。
Focus3D應(yīng)用于加工工業(yè)和數(shù)字工廠
優(yōu)點(diǎn)：用3D 方式記錄復(fù)雜的工廠和車間設(shè)施可以極大的節(jié)約時(shí)間、具有高度的靈活性；對(duì)于評(píng)估困難和評(píng)估成本高昂的廢棄地改建項(xiàng)目或者工期要求緊的情況，可以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低；可以將廢棄地改建項(xiàng)目成本降低 5-7%，將不可預(yù)見的返工成本降到低于 2%。可以將時(shí)間表縮短 10%；可以高效的監(jiān)控健康和安全性以及環(huán)境。
三、檢測(cè)和逆向工程
逆向工程：對(duì)沒有施工計(jì)劃或(和)CAD 數(shù)據(jù)可用的產(chǎn)品和組件進(jìn)行復(fù)制；內(nèi)部固定裝置和配件：對(duì)輪船、汽車、飛機(jī)的復(fù)雜內(nèi)部進(jìn)行精確的 3D CAD 文件記錄，用作改造規(guī)劃的基礎(chǔ)；制造記錄：對(duì)復(fù)雜的機(jī)器組件的制造狀態(tài)進(jìn)行完整的 3D 記錄；質(zhì)量控制：對(duì)大型、復(fù)雜的組件，如轉(zhuǎn)子葉片、渦輪機(jī)、輪船葉輪等等，進(jìn)行精確的 3D 記錄和尺寸檢查。
Focus3D應(yīng)用于檢測(cè)和逆向工程
優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)有效、快速、準(zhǔn)確的對(duì)已有大型產(chǎn)品的幾何形狀進(jìn)行 3D 捕捉；對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)過程控制功能使它可以對(duì)部件實(shí)現(xiàn)全面的 3D 檢查和監(jiān)控；由于可以進(jìn)行早期的全面檢查，因此可以減少報(bào)廢和返工的發(fā)生 3D 質(zhì)量控制。
四、歷史遺產(chǎn)
無論是要進(jìn)行保存、科學(xué)分析、加固被保護(hù)建筑、還是要對(duì)不能讓人參觀歷史遺址進(jìn)行虛擬呈現(xiàn)，本產(chǎn)品都是理想的選擇。FARO Focus3D 使您可以完整、詳細(xì)的記錄歷史遺跡和發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)。由于集成了彩色攝像頭，可以瞬時(shí)創(chuàng)建真實(shí)的 3D 圖像。
Focus3D應(yīng)用于歷史遺產(chǎn)
優(yōu)點(diǎn)：真實(shí)、完整、精確的復(fù)制對(duì)象的 3D 副本；可以輕松的復(fù)制 3D 記錄；可以方便的將采集到的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換成正射影像或 CAD 文件。
五、取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
輕便的 Focus3D 還可以非常理想的對(duì)犯罪和事故現(xiàn)場(chǎng)或者保險(xiǎn)損壞進(jìn)行快速完整的 3D 記錄。可以把犯罪或事故之后的各種相關(guān)細(xì)節(jié)都詳細(xì)的記錄下來。相應(yīng)的，為了給事故制定合適的安全理念，激光掃描儀可以提供相關(guān)的 3D 數(shù)據(jù)信息。
Focus3D應(yīng)用于取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
優(yōu)點(diǎn)：永久、詳細(xì)的對(duì)犯罪和事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行記錄歸檔；可以方便的對(duì)犯罪和事故進(jìn)行 3D 模擬；通過真實(shí)的可視化呈現(xiàn)，幫助開發(fā)應(yīng)急方案和安全措施。
